JP2010164074A - クランクシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を図ることが可能であり、加工穴によるアンバランスの修正範囲を十分に確保しつつ、カウンタウェイトによる振動抑制作用を十分に発揮することが可能なクランクシャフトを提供する。
【解決手段】クランクシャフト１０は、クランクジャーナル２０と、コネクティングロッド３が揺動自在に連結されるクランクピン３０と、クランクジャーナル２０とクランクピン３０とを連結するクランクアーム４０とを備え、クランクアーム４０にカウンタウェイト５０が一体的に設けられている。カウンタウェイト５０には、クランクジャーナル２０の軸心を中心としてクランクピン３０と反対側の位置に開口部５１が設けられている。開口部５１の外周側には、ウェイト部５２が設けられ、開口部５１を挟んで回転方向の両側の側部５３，５４には、アンバランス修正用の加工穴５５，５６が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフトに関する。

自動車等に搭載される内燃機関においては、シリンダブロックのシリンダ内壁に沿って往復移動するピストンが、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されており、ピストンの往復運動が、コネクティングロッドによってクランクシャフトの回転運動に変換される。クランクシャフトは、シリンダブロックに回転可能に支持されるクランクジャーナルと、コネクティングロッドが揺動自在に連結されるクランクピンと、これらクランクジャーナルとクランクピンとを連結するクランクアームとを備えている。

クランクアームには、クランクピンとはクランクジャーナルを挟んで対向する位置にカウンタウェイトが設けられている。カウンタウェイトは、ピストンの往復運動にともなうクランクシャフトの回転中における振動発生を抑制するためのものであって、その振動発生を抑制可能な質量を有している。このようなカウンタウェイトによる振動抑制作用を有効に発揮するうえでは、カウンタウェイトの形状を、その重心とクランクジャーナルの軸心との距離が大きくなるような形状とすることが好ましい。クランクシャフトのカウンタウェイトに関する従来技術として、例えば、特許文献１〜３に記載されたものがある。

ところで、上述のようなクランクシャフトを製造する際には、クランクシャフトを最終的な形状に加工した後、バランス精度を確保するために、回転アンバランスの修正加工が行われる（例えば、特許文献４参照）。この修正加工は、クランクシャフトのカウンタウェイトに穴加工を行うことによって行われる。

具体的には、図５に示すように、クランクシャフト１１０のクランクアーム１４０に設けられたカウンタウェイト１５０に、外周部１５２からクランクジャーナル１２０側に向けて延びる２つの加工穴１５５，１５６を形成することによって、クランクシャフト１１０の回転アンバランスを修正する。この場合、加工穴１５５，１５６による回転アンバランスの修正範囲を大きく確保するためには、カウンタウェイト１５０の形状を、クランクジャーナル１２０の軸心Ｃ１１を中心として２つの加工穴１５５，１５６のなす角（扇角という）α２が大きくなるような形状とする必要がある。しかし、加工穴１５５，１５６の扇角α２を大きくすると、その分、カウンタウェイト１５０の重心がクランクジャーナル１２０の軸心Ｃ１１に近づくので、上述したカウンタウェイト１５０による振動抑制の観点からは好ましくない。

ここで、加工穴１５５，１５６の扇角α２を大きくしながら、上述したカウンタウェイト１５０による振動抑制作用を有効に発揮させるには、クランクシャフト１１０のカウンタウェイト１５０の形状を、例えば、図６に示すように、クランクジャーナル１２０側の部分１５８と外周部１５２との間の中間部分１５９を内側に窪ませたくびれ形状とすることが考えられる。しかし、この場合には、加工穴１５５，１５６の加工代が小さくなるので、加工穴１５５，１５６の十分な深さを確保することが困難になるといった問題がある。

実開昭６３−１６８３４４号公報 特開２００６−３４８９９３号公報 特開２００７−０７１２２７号公報 特開平１０−００９３４２号公報

本発明は、上述のような問題点を鑑みてなされたものであり、軽量化を図ることが可能であり、加工穴によるアンバランスの修正範囲を十分に確保しつつ、カウンタウェイトによる振動抑制作用を十分に発揮することが可能なクランクシャフトを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、クランクシャフトであって、回転可能に支持されるクランクジャーナルと、コネクティングロッドが揺動自在に連結されるクランクピンと、上記クランクジャーナルとクランクピンとを連結するクランクアームとを備え、上記クランクアームにカウンタウェイトが一体的に設けられている。そして、上記カウンタウェイトには、上記クランクジャーナルの軸心を中心として上記クランクピンと反対側の位置に軽量部が設けられており、上記軽量部の外周側には、ウェイト部が設けられ、上記軽量部を挟んで回転方向の両側の部分には、アンバランス修正用の加工穴がそれぞれ形成されていることを特徴としている。

ここで、より具体的には、上記軽量部は、開口部または薄肉部であることを特徴としている。

上記構成によれば、カウンタウェイトの軽量化を図ることができ、クランクシャフトの軽量化に貢献できる。

また、カウンタウェイトに軽量部を設けることによって、クランクジャーナルの軸心を中心としてアンバランス修正用の２つの加工穴のなす角を小さくしなくても、カウンタウェイトの重心をクランクジャーナルの軸心から遠ざけることができる。これにより、上述した従来例（図５参照）に比べ、上記２つの加工穴のなす角を十分に確保して加工穴によるアンバランスの修正範囲を十分に確保しつつ、カウンタウェイトによる振動抑制作用を有効に発揮することができる。

さらに、カウンタウェイトの軽量部の両側の部分を加工穴の加工に利用することができる。これにより、上述した従来例（図６参照）に比べ、加工穴の加工代を十分に確保することが可能になり、カウンタウェイトに十分な深さの加工穴を形成することが可能になる。

したがって、クランクシャフトの軽量化を図るとともに、加工穴によるアンバランスの修正範囲を大きく確保しつつ、カウンタウェイトによる振動抑制作用を十分に発揮することができる。

本発明によれば、クランクシャフトの軽量化を図るとともに、加工穴によるアンバランスの修正範囲を十分に確保しつつ、カウンタウェイトによる振動抑制作用を十分に発揮することができる。

実施形態に係るクランクシャフトの概略構成を模式的に示す側面図である。 図１のＸ１−Ｘ１線断面図である。 他の実施形態に係るクランクシャフトの一部を模式的に示す側面図である。 図３のＸ２−Ｘ２線断面図である。 従来例に係るクランクシャフトを示す図であって、図２に対応する図である。 同じく従来例に係るクランクシャフトを示す図であって、図２に対応する図である。

本発明を実施するための形態について添付図面を参照しながら説明する。以下では、直列４気筒型の内燃機関に用いられるクランクシャフトに本発明を適用した実施形態について説明する。

まず、実施形態に係るクランクシャフトの概略構成について、図１を参照して説明する。

図１に示すように、内燃機関において、クランクシャフト１０は、シリンダブロック１のシリンダ内壁に沿って往復移動するピストン４とコネクティングロッド３を介して連結されている。そして、内燃機関の運転時、燃焼室内で燃料が燃焼する際の燃焼エネルギーによりピストン４が往復運動すると、その往復運動がコネクティングロッド３によってクランクシャフト１０の回転運動に変換される。

クランクシャフト１０は、シリンダブロック１に回転可能に支持されるクランクジャーナル２０と、コネクティングロッド３が揺動自在に支持されるクランクピン３０と、クランクジャーナル２０とクランクピン３０とを連結するクランクアーム４０とを含んだ構成となっている。この実施形態では、クランクシャフト１０は、直列４気筒型の内燃機関に用いられるものである関係より、５つのクランクジャーナル２０と、４つのクランクピン３０と、８つのクランクアーム４０とを有している。

具体的に、クランクジャーナル２０は、シリンダブロック１の下側の台座２とそれにボルト６等で結合されるクランクキャップ５との間に挟まれた状態で回転自在に支持される。クランクピン３０には、コネクティングロッド３の大端部が揺動可能に取り付けられ、このコネクティングロッド３の小端部には、ピストン４が取り付けられる。

クランクアーム４０には、クランクピン３０とはクランクジャーナル２０を挟んで対向する位置にカウンタウェイト５０が設けられている。カウンタウェイト５０は、クランクアーム４０のクランクピン３０側とは反対側に突出した部分となっている。カウンタウェイト５０は、ピストン４の往復運動にともなうクランクシャフト１０の回転中における振動発生を抑制するために設けられている。

次に、クランクシャフト１０に設けられるカウンタウェイト５０の詳細について、図１、図２を参照して説明する。

図２に示すように、カウンタウェイト５０は、クランクジャーナル２０の軸心方向から見るとほぼ扇状に形成されている。カウンタウェイト５０は、クランクジャーナル２０の軸心Ｃ１とクランクピン３０の軸心Ｃ２とを結ぶ線に関してほぼ左右対称な形状となっている。

このカウンタウェイト５０のほぼ中央部には、クランクジャーナル２０の軸心方向に貫通する開口部５１が形成されている。より具体的には、開口部５１は、カウンタウェイト５０において、クランクジャーナル２０の軸心Ｃ１を中心としてクランクピン３０と反対側の位置（１８０度対向する位置）に設けられている。ここでは、開口部５１は、クランクジャーナル２０の軸心方向から見るとほぼ扇状に形成されている。この実施形態では、開口部５１は、クランクシャフト１０の軽量化に寄与する軽量部となっている。なお、開口部５１の形状は特に限定されるものではなく、扇状以外であってもよい。

カウンタウェイト５０の開口部５１の外周側の部分は、ウェイト部５２となっている。ウェイト部５２は、カウンタウェイト５０の質量のうちの大部分が集中している部分であって、この実施形態では、ウェイト部５２が、主にクランクシャフト１０の回転中における振動抑制の機能を果たす。

カウンタウェイト５０の開口部５１は、クランクシャフト１０が鋳造や鍛造によって形成される場合、砂型の中子を用いて形成することが可能である。また、クランクシャフト１０が組み立て構造の場合、単体のクランクアーム４０に対してプレス加工による打ち抜きを行うことによって開口部５１を形成することが可能である。

カウンタウェイト５０の開口部５１を挟んで回転方向の両側の側部５３，５４には、回転アンバランス修正用の加工穴５５，５６が形成されている。左右の側部５３，５４は、カウンタウェイト５０のウェイト部５２とクランクジャーナル２０側の部分とを接続する部分である。加工穴５５，５６は、ウェイト部５２からクランクジャーナル２０側に向けて延びている。クランクジャーナル２０の軸心Ｃ１を中心として２つの加工穴５５，５６のなす角（扇角という）が、α１となっている。加工穴５５，５６は、クランクシャフト１０の製造時、クランクシャフト１０を最終的な形状に加工した後、回転アンバランスの修正加工を行う際に、例えばドリル加工のような穴加工によって形成される。

この実施形態では、上述のように、クランクシャフト１０のカウンタウェイト５０の形状を工夫することによって、次のような効果が得られる。

カウンタウェイト５０のほぼ中央部に上述のような開口部５１が設けられているので、カウンタウェイト５０の軽量化を図ることができ、クランクシャフト１０の軽量化に貢献できる。

また、カウンタウェイト５０のアンバランス修正用の加工穴５５，５６の扇角α１を小さくしなくても、カウンタウェイト５０の重心をクランクジャーナル２０の軸心Ｃ１から遠ざけることができる。つまり、カウンタウェイト５０の重心とクランクジャーナル２０の軸心Ｃ１との距離を大きく確保することができる。これにより、図５に示す従来例に比べ、加工穴５５，５６の扇角α１を大きく確保して加工穴５５，５６によるアンバランスの修正範囲を十分に確保しつつ、カウンタウェイト５０による振動抑制作用を有効に発揮することができる。

さらに、カウンタウェイト５０の開口部５１の両側の側部５３，５４を加工穴５５，５６の加工に利用することができる。これにより、図６に示す従来例に比べ、加工穴５５，５６の加工代を十分に確保することが可能になり、カウンタウェイト５０に十分な深さの加工穴５５，５６を形成することが可能になる。

したがって、この実施形態では、クランクシャフト１０の軽量化を図るとともに、加工穴５５，５６によるアンバランスの修正範囲を十分に確保しつつ、カウンタウェイト５０による振動抑制作用を十分に発揮することができる。

−他の実施形態−
以上、本発明の実施形態について説明したが、ここに示した実施形態は一例であり、さまざまに変形することが可能である。

上記実施形態では、クランクシャフト１０のカウンタウェイト５０に設けられる軽量部を開口部５１とした例を挙げたが、このような軽量部は、図３、図４に示すような薄肉部５７であってもよい。図３、図４に示す他の実施形態では、カウンタウェイト５０の軽量部以外の構成は、上記実施形態と同様の構成となっている（図１、図２参照）。なお、図３では、クランクシャフト１０の一部分のみを示している。

簡単に説明すると、図３、図４に示す薄肉部５７は、カウンタウェイト５０のほぼ中央部に設けられており、クランクジャーナル２０の軸心方向から見た外縁形状は、上記実施形態の開口部５１と同様になっている。具体的には、カウンタウェイト５０の薄肉部５７の外周側の部分がウェイト部５２となっており、カウンタウェイト５０の薄肉部５７を挟んで回転方向の両側の側部５３，５４には、回転アンバランス修正用の加工穴５５，５６が形成されている。

そして、薄肉部５７の肉厚が周囲の部分（ウェイト部５２、左右の側部５３，５４など）に比べて薄くなった部分であり、この実施形態では、薄肉部５７の肉厚は、周囲の部分に比べほぼ半分になっている。このような薄肉部５７をクランクシャフト１０のカウンタウェイト５０に設けた場合にも、上記実施形態と同様の効果が得られる。

なお、図３、図４に示す例では、クランクピン２０によって連結される２つのカウンタウェイト５０，５０の薄肉部５７，５７の開口端同士が互いに向き合うように薄肉部５７，５７が設けられているが、クランクジャーナル１０によって連結される２つのカウンタウェイト５０，５０の薄肉部５７，５７の開口端同士が互いに向き合うように薄肉部５７，５７を設ける構成としてもよい。

上記実施形態では、直列４気筒型の内燃機関に用いるクランクシャフトを例に挙げているが、クランクシャフトの仕様（内燃機関の型式や気筒数等）については特に限定されない。

本発明は、内燃機関のクランクシャフトに利用できる。詳細には、本発明は、軽量化を図ることが可能であり、加工穴によるアンバランスの修正範囲を十分に確保しつつ、カウンタウェイトによる振動抑制作用を十分に発揮することが可能なクランクシャフトとして有用である。

１ シリンダブロック
３ コネクティングロッド
１０ クランクシャフト
２０ クランクジャーナル
Ｃ１ 軸心
３０ クランクピン
Ｃ２ 軸心
４０ クランクアーム
５０ カウンタウェイト
５１ 開口部
５２ ウェイト部
５３，５４ 側部
５５，５６ 加工穴
α１ 扇角

Claims (2)

1. 回転可能に支持されるクランクジャーナルと、コネクティングロッドが揺動自在に連結されるクランクピンと、上記クランクジャーナルとクランクピンとを連結するクランクアームとを備え、上記クランクアームにカウンタウェイトが一体的に設けられたクランクシャフトにおいて、
   上記カウンタウェイトには、上記クランクジャーナルの軸心を中心として上記クランクピンと反対側の位置に軽量部が設けられており、
   上記軽量部の外周側には、ウェイト部が設けられ、上記軽量部を挟んで回転方向の両側の部分には、アンバランス修正用の加工穴がそれぞれ形成されていることを特徴とするクランクシャフト。
2. 請求項１に記載のクランクシャフトにおいて、
   上記軽量部は、開口部または薄肉部であることを特徴とするクランクシャフト。

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